[發(fā)明專利]一種高功率密度壓電陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210310834.3
• 申請日: 2012-08-28
• 公開（公告）號: CN102795854A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蓋學(xué)周;汪躍群;胡望峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團公司第七一五研究所;杭州瑞利超聲器件公司
• 主分類號: C04B35/493
• 分類號: C04B35/493;C04B35/622
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子元器件制造技術(shù)領(lǐng)域，主要是一種高功率密度壓電陶瓷材料及其制備方法。

技術(shù)背景

壓電陶瓷的發(fā)現(xiàn)是從上世紀40年代中期發(fā)現(xiàn)BaTi0₃開始的，進而開發(fā)出具有更優(yōu)異壓電性能的Pb(Zr，Ti)0₃，然后在Pb(Zr，Ti)0₃基礎(chǔ)上引入第三組元，開發(fā)出三組分體系復(fù)合鈣鈦礦化合物。如今壓電陶瓷已廣泛應(yīng)用在陶瓷諧振器、陶瓷濾波器等頻率器件和超聲清洗、超聲焊接和超聲馬達等功率器件中。用在大功率場合下的壓電陶瓷材料，經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)熱嚴重、非線性、壓電性能衰減和機械強度不夠等問題。為了解決這個問題：首先，即使在大功率輸出下機械品質(zhì)因數(shù)和機電耦合系數(shù)也必須是高的，從而能量轉(zhuǎn)換效率高，可以降低內(nèi)耗進而降低熱輻射；其次，介電損耗必須是足夠低以降低內(nèi)部發(fā)熱；再次，壓電陶瓷顆粒尺寸必須是精細的，以增加機械強度和瓷體密度；因而，為了適應(yīng)大功率輸出的要求，壓電陶瓷必須具有優(yōu)異的機械品質(zhì)因數(shù)Qm和機電耦合系數(shù)、低介電損耗tgδ。本發(fā)明正是為了解決上述問題而進行的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種功率密度高，機械品質(zhì)因數(shù)Qm、機電耦合系數(shù)優(yōu)異和介電損耗低的高功率密度壓電陶瓷材料及其制備方法，主要用于超聲清洗、超聲焊接和壓電馬達等方面。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的。本發(fā)明旨在通過Pb(Mn_1/3?Nb_2/3)、Sr、Mg和Pb0的摻雜取代改性，為功率超聲提供一種高功率密度、機械品質(zhì)因數(shù)和機電耦合系數(shù)優(yōu)異的壓電陶瓷材料配方及其制備方法。這種高功率密度壓電陶瓷材料，組成式為：Pb_1-y-zSr_yMg_z[(Mn_1/3?Nb_2/3)_x(Ti_mZr_1-m)_n]0₃+p?mol%?Pb0，式中：0.02＜x＜0.1；0＜y＜0.1；0＜z＜0.1；0.47＜m＜0.53；0.90＜n＜0.98；0＜p＜0.5；x、y、z、m、n、p為摩爾分數(shù)，且x+n=1，p是以Pb_1-y-zSr_yMg_z[(Mn_1/3?Nb_2/3)_x(Ti_mZr_1-m)_n]0₃為基準外加的摩爾百分數(shù)。

所述的材料組成為：Pb_0.97Sr_0.02Mg_0.01(Mn_1/3?Nb_2/3)_0.045(Ti_0.48?Zr_0.52)_0.9550₃+0.2mol%Pb0。

所述的材料組成為：Pb_0.97Sr_0.02Mg_0.01(Mn_1/3?Nb_2/3)_0.048(Ti_0.48?Zr_0.52)_0.9520₃+0.2mol%Pb0。

所述的材料組成為：Pb_0.97Sr_0.02Mg_0.01(Mn_1/3?Nb_2/3)_0.05(Ti_0.48?Zr_0.52)_0.950₃+0.2mol%Pb0。

所述的材料組成，進一步包含下列物質(zhì)中的一種：0.3wt%Fe₂0₃或0.25wt%Ce0₂。

本發(fā)明所述的這種高功率密度壓電陶瓷材料的制備方法，工藝步驟是：

①根據(jù)上述配方組成，按化學(xué)計量比進行配料；

②用瑪瑙球作為研磨介質(zhì)，濕法球磨混料15-25小時，烘干后進行預(yù)燒合成，合成條件為650℃保溫1-2小時，800～900℃保溫2-3小時；